[发明专利]固定床生物反应器及其使用方法

说明书

提供了一种固定床生物反应器系统，所述系统包括容器，所述容器具有培养基进口、培养基出口，以及设置在培养基进口与培养基出口之间并且与培养基进口和培养基出口流体连通的内部腔室。所述容器还包括细胞培养基材，所述细胞培养基材以填充床构造位于培养基进口与培养基出口之间的内部腔室中，细胞培养基材包括呈堆叠布置的多个多孔盘片。内部腔室包括细胞培养区和间隔件区，细胞培养基材限定了细胞培养区，并且间隔件区被设置在细胞培养区与培养基出口之间，并且多个多孔盘片中的每一者具有被构造成在其上培养细胞的表面。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C§120，要求2019年11月5日提交的第62,930,935号美国临时专利申请的优先权权益，其内容通过引用全文纳入本文。

技术领域

本公开一般涉及用于培养细胞的设备、系统和方法。具体地，本公开涉及细胞培养基材，包含所述基材的固定床生物反应器容器和系统，以及使用所述基材和生物反应器来培养细胞的方法。

背景技术

在生物加工产业中，为了激素、酶、抗体、疫苗的生产以及细胞疗法，进行大规模的细胞培养。生物加工中使用的大部分细胞是锚着依赖性的，这意味着细胞需要表面来粘附才能生长和发挥功能。传统上，贴壁细胞的培养是在粘附细胞的二维(2D)表面上进行的，这些表面被包含在多种容器形式中的一种中，这些容器形式例如T形瓶、皮氏培养皿、细胞工厂、细胞堆叠容器、滚瓶和容器。这些方式可能具有显著的缺点，包括难以达到足够高的细胞密度以使其适用于大规模生产细胞或疗法。

已经提出了替代性方法来增加所培养的细胞的体积密度。这些方法包括在搅拌罐中进行的微载体培养。在这种方式中，粘附于微载体表面的细胞经受恒定的剪切应力，导致对增殖和培养性能有显著影响。高密度细胞培养系统的另一个实例是中空纤维生物反应器，在该生物反应器中，当细胞在纤维间隙空间中增殖时，细胞可以形成大型三维聚集体。然而，细胞生长和性能因为缺乏营养物质而被大大抑制。为了缓解这一问题，将这些生物反应器造得较小，不适于大规模制造。

用于锚着依赖性细胞的高密度培养系统的另一个实例是填充床生物反应器系统。例如，包含用于捕获细胞的载体或基质系统的填充床的填充床生物反应器系统先前已经公开于第4,833,083号；第5,501,971号和第5,510,262号美国专利中。填充床基质常由用作基材的多孔颗粒或者聚合物的非织造微纤维制成。这种生物反应器起到再循环流通生物反应器的作用。这种生物反应器的重大问题之一是填充床中的细胞分布不均匀。例如，填充床用作深度过滤器，并且细胞主要在入口区域处被捕获，导致在接种步骤期间产生细胞分布梯度。此外，由于随机的纤维填充，填充床截面的流动阻力和细胞捕获效率不均匀。例如，培养基快速流过细胞堆积密度低的区域，而缓慢流过因为被捕获的细胞数目较高而导致阻力较高的区域。这产生了通道效应，其中营养物和氧气更有效地输送到细胞体积密度较低的区域，而细胞密度较高的区域则保持在次优培养条件下。现有技术中公开的填充床系统的另一个显著缺点是不能够在培养过程结束时有效地收获完整的活细胞。第9,273,278号美国专利公开了一种生物反应器设计，其用于在细胞收获步骤期间提高从填充床回收细胞的效率。该生物反应器设计是基于使填充床基质疏松并且搅动或搅拌填充床颗粒，以使多孔基质碰撞并因此使细胞脱离。然而，该方法是费力的，并且可能造成显著的细胞损伤，因此降低了整体细胞活力。

滚瓶有几个优点，例如易于处理，以及能够监测粘附表面上的细胞。然而，从生产的角度来看，主要缺点是表面积与体积之比低，同时滚瓶构造占据了大面积的制造占地空间。已经使用各种方法在滚瓶形式中增加贴壁细胞可用的表面积。一些解决方案已在市售产品中实施，但仍有改进空间以进一步提高滚瓶生产率。传统上，滚瓶作为单一结构通过吹塑工艺来生产。这种制造简单性使滚瓶在生物加工行业中具有经济可行性。可以在不改变制造工艺的情况下实现一些滚瓶改进以增加细胞培养的可用表面积，但是改进的滚瓶表面积仅实现了边际增加。滚瓶设计的其他改变显著增加了制造工艺的复杂性，使其在生物加工行业中在经济上不可行。因此需要提供具有增加的表面积和生物加工生产力的滚瓶，同时其制造使用相同的吹塑工艺。